» » Силикотермический метод получения магния
30.05.2015

Термические способы получения магния начали широко применяться во время второй мировой войны, когда мощность заводов, производящих магний таким путем, достигла 80 тыс. т в год и к 1944 г. составила по капиталистическим странам около 22% от общего объема производства этого металла. В настоящее время, помимо США, силикотермический метод производства магния применяется также в Канаде, Италии, Японии и других странах. Интерес к этому методу объясняется возможностью использования дешевого и широко распространенного сырья, а также получением более чистого, чем при электролизе, металла, потребность в котором, в связи с расширением производства титана, урана и других металлов, увеличилась. К тому же силикотермический способ проще, чем электролитический, и требует меньших капитальных затрат.
Первые работы по силикотермическому восстановлению окиси магния были выполнены в России П.Ф. Антипиным и А.А. Моисеевым, разработке метода посвящены исследования И.Д. Царегородцева, В.Г. Живова, А.Ю. Тайца и А.И. Войницкого.
Силикотермический метод получения магния

В качестве исходного сырья при этом способе наиболее выгодно применять обожженный доломит, а в качестве восстановителя — ферросилиций (в виде 75%-ного сплава). Восстановление обожженного доломита протекает по реакции
Силикотермический метод получения магния

Значения равновесной упругости паров магния над смесью 2МgO + СаО + Si, по данным Живова В.Г., характеризуются следующими величинами:
Силикотермический метод получения магния

При остаточном давлении менее 1 мм рт. ст. реакция восстановления должна проходить с заметной скоростью уже при температуре 1100°. Фактически процесс силикотермического восстановления осуществляют при температуре 1160—1170° и остаточном давлении 0,01—0,02 мм, рт. ст. Вводимая в шихту окись кальция, образуя силикатный шлак, способствует более полному восстановлению магния. Для ускорения восстановления добавляют до 2% фтористого кальция.
Для силикотермического получения магния широко применялись горизонтальные вакуумные многоретортные печи с пламенным (США) или электрическим (Канада) обогревом. Реторта одной из подобных печей изображена на рис. 17. Рабочая часть реторты, являющаяся зоной высоких температур, изготовлена из жаропрочной стали (15—28% Сr и 35—55% Ni), а часть реторты, расположенная вне печи и служащая зоной конденсации паров магния, выполнена из цельнотянутой трубы; материал этой части реторты — обычная углеродистая сталь. Размеры рабочей части реторты: внутренний диаметр 25 см, длина 2,21 м.
Реторта герметически закрыта крышкой с резиновой прокладкой. В каждую реторту загружают 106,4 кг брикетов. Съем магния с реторты равен 14,4 кг или 65% при продолжительности операции 10 час. В сутки пламенная печь, в которой установлено 20 реторт, выдает 690 кг магния. Срок службы реторты 250 дней.
Силикотермический метод получения магния

В литературе описаны газовые печи, оборудованные 11 ретортами, расположенными в два ряда. Средняя часть этих реторт находится в зоне обогрева, а выступающие из печи концы служат конденсаторами; эти части реторт снабжены рубашками для воздушного охлаждения. В каждую реторту загружают по 158 кг брикетов. На одном из заводов применяли пламенные печи с вертикальными ретортами. Известны случаи электрообогрева реторт с помощью силитовых стержней.
Друзы магния, извлеченные из конденсаторов, переплавляют и разливают в чушки. Магний, получаемый силикотермическим способом, характеризуется высокой чистотой и содержит 0,002% Fе, 0,005% Сu, 0,003% Si, 0,002% Мn и 0,005% Na.
Недостатком всех рассмотренных типов печей является низкая производительность, деформирование реторт за счет атмосферного давления, высокая их стоимость и малый срок службы. Недостатки эти в значительной мере устраняются в печах с внутренним нагревом. В последних обеспечивается более высокая температура и, следовательно, полнота и скорость процесса; поскольку стенки печей остаются холодными, для их изготовления можно применять обычную сталь. Конструкция одной из таких печей представлена на рис. 18. Нихромовые нагреватели размещены на огнеупорной кладке печи. Шихту засыпают в кольцеобразное пространство между наружным и внутренним дырчатыми цилиндрами. Сверху реторта закрыта съемной крышкой, помещенной в пазу с доломитовым порошком; герметизация печи создается наружной крышкой с резиновой прокладкой. Пары магния поступают в конденсатор, присоединенный к реторте. Вес садки 4 т. За один цикл получается 500—600 кг магния. Недостатком печей этого типа является их сложность и трудность создания вакуума.
Заканчивая на этом описание силикотермического метода, отметим, что карбидотермический способ восстановления магния имеет меньшее применение в связи с повышенным удельным расходом карбида кальция, а также большими неудобствами работы с последним вследствие его гигроскопичности. Кроме того, применение карбида кальция как восстановителя обусловливает необходимость работы на магнезите — сырье значительно более ценном, чем доломит. Аппаратурное оформление процесса то же. В России карбидотермический метод исследовался А. И. Беляевым, Пак Мен Чо, А. С. Микулинским и М.В. Дарбиняном.